摘要:利用(yòng)π定理推導出(chu)孔闆、文丘裏(lǐ)、電磁及 渦輪(lún)流量計 水力(li)特性。将4種流(liu)量計 串聯組(zǔ)成測試裝置(zhì)進行試驗研(yán)究,利用軟件(jiàn)采集各流量(liàng)計測試數據(ju),與稱重法測(cè)量數據進行(háng)對比。用Origin軟件(jiàn)繪出流量曲(qǔ)線,分析在不(bú)同流量條件(jian)下各種流量(liàng)計的精度和(he)誤差率,以期(qī)爲流量計的(de)選型和應用(yong)提供有價值(zhí)的參考依據(ju)。
　　在泵的運行(hang)與調節中,對(duì)泵流量的測(ce)量是泵性能(neng)檢測的重要(yao)指标,實際中(zhōng)要用到大量(liang)的流量計,流(liú)量計性能将(jiāng)直接反映出(chū)泵的流量精(jīng)度[1-2],因此，有必(bi)要對流量計(ji)的性能有所(suo)了解和掌握(wò)。本文對常用(yòng)的4種流量計(ji)進行試驗對(duì)比,得出了相(xiàng)關結論,以期(qī)爲實際應用(yong)及選型提供(gong)依據。
1常用的(de)4種流量計
1.1孔(kǒng)闆、文丘裏流(liu)量計
　　孔闆、文(wén)丘裏流量計(ji)是基于伯努(nǔ)利方程原理(li).制造的流量(liàng)儀表,如圖1和(hé)圖2所示。它利(lì)用流體流經(jing)節流裝置所(suo)産生的壓差(chà)來測量流量(liàng)，因此叫作差(cha)壓流量計,是(shì)目前應用最(zuì)廣泛的一類(lei)流量測量儀(yí)表。其特點是(shì):所測介質爲(wèi)單相、均質的(de)牛頓流體，在(zài)通過節流裝(zhuang)置時不發生(shēng)相變和析出(chū)雜質,在節流(liu)裝置中不得(de)有物質黏附(fù)或聚集。适用(yong)于圓管和上(shàng)下遊有較長(zhang)間距的直管(guǎn)段。流動應連(lián)續、穩定,流線(xiàn)與管軸線平(píng)行。節流裝置(zhì)結構簡單,使(shǐ)用壽命長,适(shì)應性比較廣(guang)，能夠測量各(gè)種工況下的(de)流體,精度可(ke)達.±1%;但其壓力(li)損失較大,刻(ke)度呈非線性(xing)。
 
1.2電(diàn)磁流量計
　　 電(diàn)磁流量計 是(shì)基于法拉第(di)電磁感應定(ding)律制成的測(cè)量導電性液(yè)體的儀表,如(ru)圖3所示。即利(li)用電磁感應(ying)原理來測量(liàng)導管中導電(diàn)液體的平均(jun1)流速。
 
　　其特點是:測(ce)量通道爲光(guāng)滑直管,不會(hui)阻塞,适用于(yu)測量含固體(ti)顆粒的液固(gù)二相流體(如(rú)紙漿、泥漿.污(wū)水等),沒有壓(yā)力損失,所測(cè)體積流量不(bú)受流體密度(dù)、黏度、溫度、壓(yā)力和電導率(lǜ)(>10-5Ω/cm)的影響,測量(liàng)範圍大(流速(sù)爲0.3~10m/s),口徑範圍(wéi)寬(3mm至3m),測量精(jīng)度比較高(基(jī)本誤差值的(de)±0.2%~±0.5%),輸出與被測(cè)介質平均流(liu)速成正比，與(yu)流動狀态無(wú)關,可測量瞬(shun)時脈動流量(liàng)。但是它不能(neng)測量電導率(lǜ)很低的液體(ti)(如石油制品(pin)),不能測量氣(qì)體、蒸汽和含(han)有較大氣泡(pào)的液體,不能(néng)用于測量較(jiao)高溫度的介(jie)質(易受外界(jie)電磁幹擾)。
1.3渦(wō)輪流量計
　　渦(wo)輪流量計 是(shi)基于動量矩(ju)守恒原理制(zhì)造的速度式(shi)流量儀表,即(ji)利用置于流(liú)體中葉輪的(de)旋轉角速度(dù)與流體流速(su)成比例的關(guān)系,通過測量(liang)葉輪的轉速(sù)來反映通過(guò)管道的體積(ji)流量,是目前(qián)流量儀表中(zhōng)比較成熟的(de)高精度儀表(biao),工作原理如(rú)4所示。
 
　　其特點(diǎn)是:結構簡單(dān)、加工零部件(jiàn)少、重量輕、維(wei)修方便、流通(tong)能力大(同樣(yàng)口徑可通過(guò)的流量大),易(yì)實現脈沖遠(yuan)距離傳送,可(ke)适應高參數(shù)(高溫、高壓和(hé)低溫)的測量(liàng)需要,測量精(jing)度較高,測量(liàng)範圍較寬，動(dong)态響應好,壓(ya)力損失較小(xiǎo);但是被測流(liu)體的部分物(wù)性對測量精(jīng)度有一定的(de)影響,不能長(zhǎng)期保持校準(zhun)特性,對被測(ce)介質清潔度(du)要求較高,流(liú)體的溫度、黏(nian)度、密度對儀(yi)表指示值有(you)較大影響,由(yóu)于有轉動部(bu)件會帶來磨(mo)損,儀表的使(shǐ)用年限受影(yǐng)響。适宜測量(liàng)比較潔淨的(de)低黏度液體(ti)。
2π定理推導水(shui)力特性
2.1孔闆(pan)、文丘裏流量(liang)計水力特性(xing)
　　對于孔闆、文(wén)丘裏流量計(ji),流速ʋ的影響(xiang)因素有:進口(kou)管徑d1、孔徑(喉(hou)徑)d2、流體的密(mì)度ρ、動力黏度(dù)系數μ及斷面(mian)間壓強差△p.據(jù)π定理:
 
　　由(2)式可(ke)知,流量Q與流(liu)量系數μQ、管道(dào)雷諾數Re及管(guǎn)徑與孔徑比(bǐ)d2/d1有關。
2.2電磁流(liú)量計水力特(te)性
　　當流體的(de)電導率大于(yu)10-5s/cm時,電磁流量(liang)計 流速與流(liu)體的物性無(wu)關,流速ʋ的影(ying)響因素有:電(diàn)磁感應強度(dù)e、磁場強度B、管(guǎn)道直徑D.據π定(dìng)理:
 
　　由(4)式可知(zhi),當磁場強度(dù)B、管道直徑D爲(wei)常數時，流量(liàng)Q僅與電磁感(gan)應強度e相關(guan)且成正比。
2.3渦(wō)輪流量計水(shuǐ)力特性
　　當渦(wo)輪結構一定(dìng)時,渦輪流量(liang)計流速v與葉(yè)輪的轉速相(xiàng)關,故影響因(yin)素有:葉輪的(de)旋轉角速度(du)w、流體密度ρ、動(dong)力黏度系數(shù)μ、管徑D、葉輪轉(zhuǎn)動的阻力矩(jǔ)M(包括摩擦阻(zu)力矩和磁阻(zu)尼力矩等).據(ju)π定理:
 
 
　　由(6)式可(ke)知,當管徑D一(yi)定,流量Q與渦(wo)輪轉速n成--定(dìng)的比例關系(xi),和雷諾數Re、渦(wō)輪旋轉阻力(li)與流體慣性(xìng)力之比及渦(wō)輪平均半徑(jìng)與管徑之比(bi)相關。
3試驗裝(zhuang)置及方法
　　試(shi)驗測試裝置(zhi)由電磁、渦輪(lun)、文丘裏和孔(kǒng)闆4個同口徑(jìng)(中25mm)的流量計(ji),組成串聯管(guǎn)路、自動切換(huàn)控制儀、計算(suan)機測控系統(tǒng)、自循環供水(shui)系統及輔助(zhù)補水機構,如(ru)圖5所示。
 
　　孔闆(pan)流量計 采用(yong)标準孔闆角(jiǎo)接取壓,β=0.450;文丘(qiu)裏流量計采(cǎi)用圓錐形文(wén)丘裏管,β=0.628;電磁(ci)流量計傳感(gan)器型号LDG-25S,精度(du)1級;渦輪流.量(liàng)計傳感器型(xíng)号LWGY-25A,精度0.5級。輔(fu)助補水機構(gòu)的作用是當(dāng)用稱重法測(cè)量時,對水箱(xiang)進行補水以(yi)保持水箱水(shui)位不變,形成(cheng)管道内恒速(su)定常運動。系(xi)統管徑φ25mm,流量(liang)範圍0~3m3/h。各流量(liàng)計數據由計(jì)算機瞬時采(cai)集。稱重法由(yóu)秒表記錄時(shí)間,電子秤測(cè)試重量,采用(yòng)同一流量測(ce)3次,取平均值(zhí)爲測定流量(liàng)。同一流量4個(gè)流量計和稱(cheng)重法同時測(cè)量,測定流量(liang)值各不相同(tóng)，以稱重法爲(wèi)真值基準，通(tong)過分析對比(bi),揭示各自的(de)性能特點。
4試(shì)驗數據及分(fen)析
　　本試驗測(cè)得流量計及(ji)稱重法5組實(shí)驗數據,按試(shì)驗順序計算(suàn)彙總如表1和(hé)表2所示。爲了(le)便于研究,将(jiang)稱重法測量(liang)數據爲X軸,各(gè)流量計數據(ju)與稱重法數(shu)據之差爲Y軸(zhou),以及相對誤(wu)差爲Y軸,利用(yong)Origin軟件繪流量(liàng)曲線如圖6、圖(tu)7所示。
 
 
　　分析圖(tú)6和圖7,當流量(liàng)0.451m3/h時,管中水速(sù)爲0.255m/s,雷諾數Re=6336,處(chù)于紊流狀态(tài)。對于電磁流(liú)量計,測量精(jing)度主要受傳(chuán)感器性能的(de)影響，流速較(jiao)低時積聚在(zài)電極上的電(dian)荷較少,受縱(zòng)向速度影響(xiang)明顯,因此出(chu)現較大的偏(piān)差;在流量逐(zhu)漸增加的過(guò)程中,縱向速(su)度的影響逐(zhú)漸減小,誤差(cha)減小,精度、可(ke)靠性增加,說(shuō)明電磁流量(liang)計在小流量(liang)時精度較低(di)。對于渦輪流(liú)量計,流量與(yu)渦輪轉速成(chéng)比例,與儀表(biao)常數有關,小(xiao)流量時出現(xian)偏差,測量值(zhi)偏小,這是因(yīn)爲此時葉輪(lun)的機械摩擦(ca)阻力及磁阻(zu)尼力矩相對(dui)旋轉力矩較(jiào)大，因此所測(ce)的流量值偏(piān)小;随着流量(liàng)的增加,旋轉(zhuan)力矩增大,誤(wu)差逐漸減小(xiao),精度、可靠性(xìng)增加。.對于文(wen)丘裏流量計(jì),屬于平緩節(jie)流,所測過程(cheng)中受旋渦影(yǐng)響較小，且沒(méi)有旋轉部件(jiàn),精度取決于(yu)試驗标定,因(yin)此精度、可靠(kào)性較高,說明(míng)文丘裏流量(liàng)計适應性較(jiào)廣。對于孔闆(pǎn)流量計,小流(liú)量時所測數(shu)據偏大,這是(shi)因爲此時壓(yā)差△p較小，易受(shòu)流體擾動的(de)影響,孔闆前(qián)後區域存在(zài)旋渦，因而測(cè)量偏差較大(dà);随着流量的(de)增加,旋渦的(de)影響減小,精(jīng)度、可靠性增(zeng)加,說明孔闆(pan)流量計不适(shi)于測量較小(xiao)流量。流量從(cong)0.745m3/h增加1.899m3/h的過程(chéng)中,電磁流量(liàng)計的精度要(yào)略高于渦輪(lún)、文丘裏和孔(kong)闆流量計,精(jīng)度都能達到(dao)1級。流量從1.899m3/h增(zeng)加2.963m3/h的過程中(zhōng),各流量計精(jing)度都較高,表(biǎo)現在圖7中的(de)曲線趨于一(yi)點。
　　以上分析(xi)可知,電磁、渦(wō)輪、孔闆流量(liàng)計均不适于(yu)較小的流量(liang)，而文丘裏流(liu)量計因爲壓(ya)損小,對旋渦(wō)不敏感,較接(jie)近真值。大流(liú)量時各流量(liàng)計都有一定(dìng)的波.動,但測(cè)值接近真值(zhi),說明它們的(de)性能是可靠(kào)的。
5結語
　　通過(guò)本次試驗可(kě)知,在小流量(liàng)時,孔闆與電(diàn)磁流量計的(de)數據偏大、相(xiang)對誤差也較(jiào)大,渦輪流量(liàng)計數據偏小(xiao)、相對誤差也(ye)較小,文丘裏(lǐ)流量計則接(jie)近真值;大流(liú)量時各流量(liang)計讀數都有(yǒu)一定偏差,但(dàn)所測值接近(jìn)真值，說明性(xìng)能都較可靠(kao)。

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